汽车悬架系统工作原理40073.docx
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1、汽车悬架系统工作原理作者:William Harris(本文为博闻网网版权所有, 未经许可可禁止以任何何形式转载或或使用。违者者必究。)推荐到:本文包括:1 1. 引言2 2. 减振器3 3. 专用悬架架4 4. 了解更多多信息5 5. 阅读所有有引擎盖下类文文章人们在考虑汽车车的性能时,通通常会关注马马力、扭矩和和“0到60”加速时间等等参数。但是是如果驾驶员员无法操控汽汽车,那么活活塞发动机产产生的所有动动力都将毫无无用处。有鉴鉴于此,汽车车工程师在掌掌握了四冲程程内燃发动机机后,立即就就把注意力转转向了悬架系系统。本田发动机有限限公司 供图图本田雅阁22005 CCoupe双双A形控制臂
2、臂式悬架汽车悬架的工作作是最大限度度地增加轮胎胎与路面之间间的摩擦力,提提供能够良好好操纵的转向向稳定性,以以及确保乘客客的舒适度。在在本文中,我我们将探究汽汽车悬架的工工作方式、发发展演变过程程以及未来设设计的发展方方向。如果路面非常平平坦,没有坑坑坑洼洼,就就不需要悬架架。但道路往往往并不平坦坦。即使是新新铺的高速公公路,其路面面也会有些微微凹凸不平而而对汽车车轮轮造成影响。就就是这样的路路面将力作用用在车轮上。根根据牛顿运动动定律,力都都具有大小和和方向。路上上的颠簸会使使车轮垂直于于路面上下运运动。当然,力力的大小取决决于车轮颠簸簸的程度,但但无论如何,在在通过不平路路面时车轮都都会产
3、生一个个垂直加速度度。如果没有一个居居间结构,所所有车轮的垂垂直能量将直直接传递给在在相同方向上上运动的车架架。在这种情情况下,车轮轮会完全丧失失与路面的接接触,然后在在向下的重力力作用下再次次撞回路面。因因此,您需要要的是这样一一个系统:它它能够吸收垂垂直加速车轮轮的能量,使使车轮顺着路路面上下颠簸簸的同时车架架和车身不受受干扰。对行驶中汽车的的力的研究称称为车辆动力力学。您需要要了解下面一一些概念,以以便理解为何何必须将悬架架置于首要地地位。大多数数汽车工程师师从两个方面面来考虑行驶驶中汽车的动动力特征: 行驶性能汽汽车平稳驶过过崎岖不平的的路面的性能能 操纵性能汽汽车安全地加加速、制动和
4、和转弯的性能能这两个特征可通通过三个重要要原理进一步步加以描述:路面隔离性性能、抓地性性能和转弯性性能。下表描描述了这些原原理以及工程程师们如何尝尝试解决它们们各自的问题题。 原理定义目标解决方案路面隔离性能车辆吸收路面振振动或将其与与乘客席隔离离的性能。使车身在驶过不不平路面时不不受干扰。吸收并消化路面面颠簸产生的的能量,从而而使车辆不至至于产生过度度的震动。抓地性能在各种类型的方方向变化以及及直线行驶过过程中汽车保保持与路面接接触的程度。例例如,制动时时汽车的重量量将从后轮移移至前轮。因因为车头扎向向路面,所以以这种运动类类型称为“俯冲”。相反,加加速时汽车的的重量会从前前轮移至后轮轮,称
5、为“蹲伏”。保持轮胎与地面面接触,因为为轮胎与路面面之间的摩擦擦力会影响车车辆转向、制制动和加速性性能。尽量减少车身重重量的左右和和前后转移,因因为这会降低低轮胎的抓地地性能。转弯性能车辆沿弯路行驶驶的性能。尽量减少车身的的翻滚趋势。当当汽车转弯时时,离心力会会作用于汽车车的重心并将将其向外推,从从而抬高车辆辆的一侧而降降低另一侧,造造成翻滚趋势势。转弯时将汽车的的重量从较高高的一侧转移移到较低一侧侧。汽车悬架及其各各种部件提供供了上面所述述的全部解决决方案。下面我们来看一一个典型悬架架的部件,从从较大的底盘盘图片开始依依次介绍悬架架所固有的各各个部件。底盘汽车悬架实实际上是底盘盘的一部分,底
6、底盘包含了位位于车身下方方的所有重要要系统。这些系统包括: 车架承载负负荷的结构性性部件,用于于支撑汽车的的发动机和车车身,而它本本身车架由悬悬架支撑 悬架系统用用于支撑重量量、吸收和消消除振动以及及帮助维持轮轮胎接触的装装置 转向系统使使驾驶员能够够操控车辆方方向的机械 轮胎和车轮利用抓地与与路面的摩擦擦力使车辆能能够运动起来来的部件因此,悬架在任任何车辆中都都是主要系统统之一。有了这样一个总总体概念后,下下面我们来看看所有悬架都都具备的三个个基础部件:弹簧、减振振器和防横摇摇稳定杆。弹簧现在的弹簧簧系统均以下下面四种基本本设计之一为为基础: 螺旋弹簧最最常见的弹簧簧类型。它其其实是一个绕绕
7、轴盘绕的重重型扭杆,通通过伸缩来缓缓冲车轮的运运动。Car Dommain 供供图螺旋弹簧簧HowStufffWorkks Shoopper 供图叶片弹弹簧 叶片弹簧由由若干绑在一一起充当一个个单元的金属属层(称为“叶片”)组成。它它最初用在马马车上,直到到1985年年才用在大多多数美国汽车车上。现在大大多数卡车和和重型车辆仍仍在使用它们们。 扭杆利用钢钢棒的扭转特特性来提供类类似螺旋弹簧簧的性能。其其工作原理是是:钢棒的一一端锚固在车车架上,另一一端与一个AA形控制臂相相连。A形控控制臂的作用用就像一个垂垂直于扭杆移移动的杠杆。当当车轮遇到颠颠簸路面时,其其垂直运动传传递至A形控控制臂,然后
8、后通过杠杆作作用传递至扭扭杆。然后,扭扭杆沿轴发生生扭曲以提供供弹力。在二二十世纪的五五六十年代,欧欧洲的汽车制制造商普遍使使用此系统,同同样的还有美美国的Pacckard和和克莱斯勒公公司。HowStufffWorkks Shoopper 供图扭杆 空气弹簧由由车轮和车身身之间的柱状状充气室构成成。它利用压压缩空气减缓缓车轮震动。这这一设计概念念实际上已经经出现了上百百年,在两轮轮马车上就有有它的踪迹。最最初的空气弹弹簧由充气的的皮囊制成,很很像一个风箱箱。到二十世世纪三十年代代,它们被模模压橡胶空气气弹簧取代。HSW Shoopper 供图空气弹弹簧根据弹簧在汽车车上的位置(例例如位于车轮
9、轮与车架之间间),工程师师们发现使用用簧载质量和和非簧载质量量的概念会便便于讨论问题题。弹簧: 簧载质质量和非簧载载质量簧载质质量是弹簧上上支撑的车辆辆的质量,而而非簧载质量量则粗略定义义为路面与悬悬架弹簧之间间的质量。弹弹簧的硬度会会影响汽车行行驶时簧载质质量的响应情情况。 弹簧簧较松的汽车车(如林肯城城市这样的豪豪华汽车)可可以彻底消除除颠簸并提供供极平稳的行行驶感觉,但但同时在制动动和加速过程程中易产生俯俯冲和蹲伏现现象,在转弯弯时易产生侧侧倾和翻滚趋趋势。弹簧较较紧的汽车(如如马自达Miiata)在在颠簸路面上上的平稳性稍稍差,但车身身移动非常小小,这意味着着即使是在转转变处,也可可以
10、用较激烈烈的方式来驾驾驶。因此,虽然弹簧簧本身看似简简单,但在汽汽车上设计和和实现这些装装置,并在乘乘客的舒适度度与汽车的操操纵性能之间间取得平衡,将将是一项复杂杂的任务。更更甚的是,弹弹簧无法独自自提供极其平平稳的行驶感感觉。原因何何在?因为弹弹簧在吸收能能量方面的性性能极佳,但但在耗散能力力方面要稍差差一些。为 此,需要使使用一种称为为减振器的部件件。悬架的历史十六世纪的四轮轮载人和载货货马车为解决决“路上感觉非非常颠簸”的问题,将将车厢用皮带带吊在底盘的的四根柱子上上,就像翻过过来的桌子一一样。因为车车厢是挂在底底盘上的,所所以人们渐渐渐将其称为“悬架”,并沿用至至今,以描述述整个一类的
11、的解决方案。车车厢吊起式的的悬架还不是是一个真正的的弹簧系统,但但它确实使车车厢与车轮的的运动分离开开来。半椭圆形的弹簧簧设计(也称称为车载弹簧簧)迅速取代代了皮带式的的悬架。 半半椭圆形弹簧簧广泛用在四四轮或两轮载载人、载货马马车上,并且且通常在前、后后轴上使用。 不过,它们们确实容易造造成前后晃动动,并且有较较高的重心。当动力汽车面世世时,人们陆陆续开发出其其他更高效的的弹簧系统,使使乘客享有更更平稳的行驶驶感觉。减振器作者:Willliam HHarriss(本文为博闻网网版权所有, 未经许可可禁止以任何何形式转载或或使用。违者者必究。)推荐到:本文包括:1 1. 引言2 2. 减振器3
12、 3. 专用悬架架4 4. 了解更多多信息5 5. 阅读所有有引擎盖下类文文章如果不使用阻尼尼结构,汽车车弹簧将以不不可控制的速速率弹开并释释放它所吸收收的颠簸能量量,并继续按按其自身频率率弹起,直到到耗尽最初施施加在它上面面的所有能量量。构建在弹弹簧上的悬架架自身会使汽汽车根据地形形以弹跳方式式行驶且不受受控制。 让我们来看看减减振器。该设设备也称为缓缓冲器,它通通过一种称为为阻尼的过程程来控制不希希望发生的弹弹簧运动。减减振器通过将将悬架运动的的动能转换为为可通过液压压油耗散的热热能,来放缓缓和减弱振动动性运动的大大小。要了解解其工作原理理,最好是看看看减振器内内部的结构和和功能。减振器基
13、本上是是一个放置在在车架与车轮轮之间的机油油泵。减振器器的上支座连连接到车架(即即簧载质量),下下支座靠近车车轮连接到轴轴(即非簧载载质量)。在在双筒设计中中,减振器最最常见的类型型之一是上支支座连接到活活塞杆,活塞塞杆连接到活活塞,而活塞塞位于充满液液压油的筒中中。内筒称为为压力筒,外外筒称为储油油筒。 储油油筒存储多出出的液压油。当车轮遇到颠簸簸路面并导致致弹簧压紧和和拉伸时,弹弹簧的能量通通过上支座传传递到减振器器,并经由活活塞杆向下传传递到活塞。活活塞上打有孔孔,当活塞在在压力筒内上上下运动时,液液压油可通过过这些小孔渗渗漏出来。因因为这些孔非非常微小,所所以在很大的的压力下也只只能有
14、很少的的液压油通过过。这样就减减缓了活塞的的运动速度,从从而使弹簧的的运动缓慢下下来。减振器的工作包包括两个循环环压缩循环环和拉伸循环环。压缩循环环是指活塞向向下运动时压压缩其下面的的液压油;拉拉伸循环指活活塞向上运动动到压力筒顶顶部时其上方方的液压油。对对于典型的汽汽车或轻型卡卡车,其拉伸伸循环的阻力力要比其压缩缩循环的阻力力大。此外还还要注意,压压缩循环控制制的是车辆非非簧载质量的的运动,而拉拉伸循环控制制的是相对更更重的簧载质质量的运动。所有现代的减振振器都带有速速度传感功能能悬架的运运动速度越快快,减振器提提供的阻力越越大。这使得得减振器能够够根据路况进进行调整,并并控制行驶的的车辆中
15、可能能出现的所有有不希望发生生的运动,包包括弹跳、侧侧倾、制动俯俯冲和加速蹲蹲伏等。滑柱和防横摇稳稳定杆另一个个常见阻尼结结构是滑柱即安装在在螺旋弹簧内内部的减振器器。滑柱完成成两项工作:一是提供与与减振器类似似的阻尼功能能,二是为车车辆悬架提供供结构支撑。也也就是说,滑滑柱的功能要要略多于减振振器(不支撑撑车辆重量)但它们只控制重量在汽车中转移时的速度,而不控制重量本身。常见的滑柱设计计因为减振器和滑滑柱与汽车操操控性能的关关系如此密切切,我们可以以将其视为非非常重要的安安全性能。已已磨损的减振振器和滑柱会会使过多的车车身重量向前前后左右转移移。这会降低低轮胎的抓地性性能以及操控控和制动性能
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